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Labor-Krimi mit Hochspannung

Wissenschaftler erforschen den Transport von Elektro-Energie im deutschen Netz. Das muss erneuert und erweitert werden. Aber wie?

Zwischendurch mal entspannen: Dr. Stephan Schlegel in der Hochspannungshalle der TU Dresden.
Zwischendurch mal entspannen: Dr. Stephan Schlegel in der Hochspannungshalle der TU Dresden. © Jürgen Lösel

Der Mann mag starke Verbindungen. Sind sie sicher, bringen sie auf lange Zeit Stabilität. Was wie der Tipp eines Paartherapeuten klingen mag, trifft auch auf elektrische Zusammenschlüsse zu. Stephan Schlegel arbeitet am Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik an der Technischen Universität Dresden. Ein Ort, wie für ihn geschaffen. 2002 kam er aus AnnabergBuchholz zum Studium nach Dresden, 2011 promovierte er. Bereits seit 2008 beschäftigt er sich mit Verbindungstechnik. „Um eine sichere Elektroenergieübertragung zu gewährleisten, müssen wir das Kontakt- und Langzeitverhalten der stromführenden Verbindungen verstehen und bewerten. Dies ist die Grundlage für neue Entwicklungen“, sagt Schlegel. Er arbeitet als Gruppenleiter in einem Forscherteam, zu dem 28 Mitarbeiter gehören. „Wir betrachten elektrische Energie gesamtheitlich als Produkt aus Strom, Spannung und Zeit, was ein Alleinstellungsmerkmal unserer Professur ist.“ 

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Die Forscher finden Lösungen, um die steigende Belastung des Elektroenergienetzes zu beherrschen. „Allein um die regenerative Elektroenergie, die vor allem im Norden Deutschlands produziert wird, in den Süden des Landes zu übertragen, sind enorme Transportkapazitäten nötig“, erklärt der Experte. Dabei würden zum Beispiel die Hochspannungsfreileitungen nicht nur unter hoher Strombelastung stehen, sondern daraus resultierend auch sehr warm werden. Für herkömmliche FreileitungsSeile ist eine maximale Betriebstemperatur von 80 Grad Celsius zugelassen. Künftig werden Temperaturen weit über 100 Grad Celsius erreicht. An den Verbindungen können dann Temperaturen bis zu 150 Grad auftreten.

E-Mobilität setzt auf Dresden

Sein Team ermittelt deshalb unter anderem die Grenztemperatur stromführender Kontakte und Verbindungen mit beschichteten und unbeschichteten Leitern, es analysiert das Betriebs- und Langzeitverhalten von Steckverbindungen mit beispielsweise Kontaktlamellen oder Schraubenfedern, untersucht Armaturen für Hochtemperatur-Freileitungsseile und Kabel sowie das Langzeitverhalten von Sicherungen bei erhöhter Umgebungstemperatur. Dank der Arbeit an der TUD in den vergangenen 40 Jahren konnten inzwischen allgemeingültige Aussagen zum Kontakt- und Langzeitverhalten stromführender Kontakte und Verbindungen erarbeitet werden. Die Anlagenhersteller, Energieunternehmen und zunehmend die Branche der Elektromobilität nutzen dieses Wissen, um bestehende Konstruktionen zu optimieren oder durch neue zu ersetzen.

Die Erkenntnisse werden zudem verwendet, um Prüfverfahren neu- oder weiterzuentwickeln. Der Verbraucher spürt so lange nichts von der Arbeit der Wissenschaftler, so lange das Stromnetz funktioniert. „Die Ausfallrate in Deutschland liegt bei wenigen Minuten pro Jahr. Länger dauert kaum ein Stromausfall, was auch damit zusammenhängt, dass bei Ausfall einer Leitung eine zweite parallele Leitung den Elektroenergietransport übernimmt“, sagt Stephan Schlegel. Doch das Netz müsse erneuert und ausgebaut werden. Dafür werden neue Freileitungs- und Kabeltrassen benötigt, bei denen teilweise neue Werkstoffe und Technologien verwendet werden. Auch daran arbeitet sein Team. Die Wissenschaftler beschäftigen sich neben dem traditionell eingesetzten Leiterwerkstoff Kupfer mit Aluminium.

Aluminiumlegierungen haben hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften, sind leichter als Kupfer, die Verfügbarkeit ist höher und der Preis stabil. Die Aufgaben für Schlegels Forscherteam werden zunehmend komplexer, denn längst fließt nicht nur elektrischer Strom, der in Atom- oder Braunkohlekraftwerken hergestellt wird, sondern immer mehr durch Windkraft- oder Solaranlagen erzeugte elektrische Energie. „Die Kopplung unterschiedlicher Energieerzeuger wird uns immer mehr beschäftigen. Dies ist notwendig, um den Wunsch nach bezahlbarer Energie sowie nach Zuverlässigkeit und Sicherheit zu erfüllen“, sagt Schlegel. Die intelligente Verbindung verschiedener Systeme schaffe Stabilität. Und das auf lange Zeit. Da kann selbst der Paartherapeut vom Techniker noch etwas lernen. 

Von Peter Ufer

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